Développement Durable, RSE et Energies

La couleur noire est l'élément de base d'un panneau thermique car elle peut absorber jusqu'à 90% de l'énergie reçue. Avec le temps, la lumière et la chaleur, le noir s'altère et le panneau devient moins efficace. Les ingénieurs ont mis au point un procédé novateur qui permet de déposer en fines couches 3 différents matériaux, plus résistants, plus sélectifs et moins toxiques que le chrome utilisé jusqu'ici. Ce nouveau matériau offre ainsi une grande durabilité à l'air libre à des températures de 300°C à 400°C, évitant ainsi l'emploi de tubes sous vide au moyen de verres, dont le coût est bien plus élevé.

Les chercheurs vont étudier la possibilité de réaliser des leds et ampoules. Cette découverte pourrait surtout, dans un premier temps, permettre de réduire la dissipation d'énergie de certains dispositifs électroniques tels que les microprocesseurs, en remplaçant les fils de cuivre utilisés pour transmettre les données par des émetteurs de lumière.

Pour pallier aux nombreux problèmes que posent les lampes à pétrole utilisées par 1,6 milliard de personnes dans le monde, LEDsafari a mis au point un ingénieux système de lampe à faire soi-même avec du matériel à disposition sur place tels que fil électrique, batterie de téléphone portable et bouteilles vides. Plus de 200 personnes en Inde, au Kenya et en Tanzanie ont ainsi réalisé grâce à l’atelier l’avantage économique et sanitaire de cet ingénieux système et s’éclairent déjà quotidiennement grâce à ce procédé.

Alors que la nature a besoin de millions d’années pour transformer la biomasse en biogaz, ce système le fait en une petite heure. Le secret de sa rapidité réside dans un procédé appelé la gazéification hydrothermale. L’eau riche en algues est d’abord chauffée sous pression, jusqu’à ce qu’elle atteigne un état liquide supercritique avoisinant 400°C. Elle est alors en mesure de dissoudre efficacement les matières organiques contenues dans la biomasse. Les sels inorganiques deviennent quant à eux moins solubles et sont récupérés sous la forme d’un concentré de substances nutritives. La solution résiduelle est ensuite gazéifiée à l’aide d’un catalyseur. Cette opération permet de séparer l’eau du CO2 et d’un biogaz riche en méthane.

Des chercheurs de l’EPFL ont trouvé comment créer des systèmes solaires d’électrolyse de l’eau en utilisant des matériaux répandus et économiques. L’équipe de Xile Hu a développé un catalyseur en disulfure de molybdène pour la réaction HER et le groupe mené par Michael Grätzel un oxyde de cuivre(I) comme photocathode. Les scientifiques ont en effet observé que le disulfure de molybdène pouvait être déposé sur la photocathode d’oxyde de cuivre(I) destinée à l’électrolyse aqueuse PEC au moyen d’un procédé à la fois simple et facilement reproductible à très large échelle.

Ces derniers ont mis au point un système simple, basé sur deux réactions chimiques: la première transforme l'hydrogène en un liquide aisément stockable et moins inflammable que l'essence – de l'acide formique - tandis que la seconde fait exactement l'inverse et restitue l'hydrogène. Ainsi transformé, le gaz peut être stocké simplement et sans risque. Autre application possible : utiliser le CO2 atmosphérique, responsable de l'effet de serre, pour synthétiser de nombreux produits chimiques.

Au Laboratoire d'électronique industrielle (LEI), son directeur Alfred Rufer travaille depuis plus de dix ans sur un système de stockage original: de l'air comprimé. L'utilisation d'un piston hydraulique – au lieu d'un piston mécanique c'est de l'eau qui, pompée dans un cylindre, comprime l'air dans l'espace restant – confère au système un rendement optimal, générant beaucoup moins de pertes sous forme de chaleur. Stocké dans des bouteilles, l'air à haute pression peut être conservé sans pertes jusqu'au moment où il sera nécessaire de générer à nouveau de l'électricité, par détente dans ce même cylindre. «L'un des avantages de notre système est qu'il ne nécessite pas de matériaux rares. En outre sa robustesse lui confère une grande longévité», explique Alfred Rufer.

Les cellules PEC réagissent à la lumière grâce à leur électrode photosensible - ici une photocathode -qui, immergée dans un électrolyte - ici l'eau -, produit un courant électrique permettant de décomposer l'eau en dioxygène et dihydrogène. Ce dihydrogène peut être stocké sur place puis réutilisé ultérieurement dans des piles à combustible afin de produire de l'électricité. Afin d'augmenter la vitesse de réaction, le catalyseur habituellement déposé à la surface de la photocathode où se déroule la réaction de réduction (réaction d'évolution de l'hydrogène, HER) est le platine. Ce matériau ayant l'inconvénient d'être rare et cher, les chercheurs ont développé un système catalyseur-photocathode composé d'éléments plus répandus et donc moins onéreux.

Réduire l'impact environnemental causé par l'expansion des centres de données, tel est l’objectif de l’ambitieux projet GreenDataNet. Subventionnée par la Commission européenne et dirigée par la société Eaton, spécialisée dans la gestion de l'énergie,  l’initiative regroupe l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et Credit Suisse, ainsi que Nissan, ICTroom, le Commissariat à l’énergie atomique (CEA), en France, et l'Université de Trente (UNITN), en Italie.

Les résultats obtenus ont mis en évidence deux dynamiques intéressantes. Primo, que la séparation des charges, soit le flux de particules électriques une fois que le rayon de soleil a atteint la pérovskite qui absorbe la lumière, s'est déroulée via un transfert d'électrons aux deux jonctions avec le dioxyde de titane et avec le matériau transporteur de trous, prenant à peine 100 femtosecondes (10–13 s). Secundo, les chercheurs ont découvert que la recombinaison des charges (un processus négatif qui dégrade l'énergie convertie en chaleur et réduit par là même l'efficacité globale de la cellule photovoltaïque) était bien plus lente pour les films d'oxyde de titane que pour ceux fabriqués à base d'aluminium.

Pour leur étude, les chercheurs ont utilisé des antennes dites reflectarray (RA), plates, peu coûteuses et hautement performantes, qu’ils ont combinées à des cellules solaires couches minces de silicium amorphe. Le dispositif est composé de cellules solaires sur lesquelles un ensemble de conducteurs a été déposé : cette structure permet de préserver jusqu’à 90 % de la performance photovoltaïque. Le chercheur ajoute :

Ce n’est pas la première tentative de fusionner antennes et cellules solaires. Mais notre méthode a cela de particulier qu’elle permet d’obtenir de bonnes performances à la fois pour l’antenne et à la fois pour le dispositif photovoltaïque, le tout sans toucher à la structure de la cellule solaire d’origine. D’un point de vue technologique, il suffit de prendre une cellule solaire et d’y ajouter une couche conductrice.